專利名稱:能提供特殊函數(shù)信號(hào)的面積傳感器的制作方法
本發(fā)明屬于一種傳感器，特別是屬于一種用于測(cè)量物體的角位移或者線位移的，同時(shí)又能提供以它們?yōu)樽兞康奶厥夂瘮?shù)信號(hào)的檢測(cè)裝置。
傳感器是自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的器件，其種類繁多，最常用的要算是光電傳感器了，但現(xiàn)有的光電傳感器不具備輸出以位置為變量的特殊函數(shù)的功能，因而限制了它本身的應(yīng)用，顯然是一大缺陷。特殊函數(shù)旋轉(zhuǎn)變壓器能提供以位置為變量的特殊函數(shù)信號(hào)，克服了一般傳感器的缺陷，但它輸出的函數(shù)單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度低、制造難、成本高，嚴(yán)重影響了它的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)施、成本低廉的，能輸出以物體的位置為變量的特殊函數(shù)信號(hào)的檢測(cè)裝置-面積傳感器。
本發(fā)明的原理是根據(jù)兩個(gè)面積有限的平面體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其重疊面積的大小隨著相對(duì)位置的變化而改變。若令其中一個(gè)平面體(A)不動(dòng)，另一個(gè)平面體(B)繞著垂直于平面體的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，重疊面積則是轉(zhuǎn)角的周期函數(shù)，也就是說(shuō)，重疊面積是與位置有關(guān)，是位置的單值函數(shù)。如果能將重疊面積及變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出，就能獲得物體的位置函數(shù)信號(hào)。完成這種轉(zhuǎn)換的本發(fā)明是由發(fā)送裝置、兩個(gè)面積有限的平行平面體、接收裝置、電子線路四部分所構(gòu)成，發(fā)送裝置將兩個(gè)平面體的重疊面積及其變化的信號(hào)傳送給接收裝置，并以電信號(hào)的形式輸出。
顯然，重疊面積的變化規(guī)律，即位置函數(shù)信號(hào)僅取決于兩個(gè)平面體的形狀，能夠根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)輸出函數(shù)信號(hào)的要求，提供平面體相應(yīng)的形狀是本發(fā)明的另一個(gè)重要特征。
圖1是本發(fā)明的原理方框圖。
圖2是兩個(gè)平面體的形狀及相對(duì)位置的示意圖。
下面將結(jié)合附圖2對(duì)兩個(gè)平面體的形狀作詳細(xì)說(shuō)明。
如圖2所示，A、B為兩個(gè)面積有限的平行平面體，假定A不動(dòng)，B繞著軸O作逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，A、B兩平面體都局限在半徑分別為R1和R2的園環(huán)內(nèi);它們的內(nèi)邊e′f′、ef皆為半徑為R1的園周上的一段園弧，所張的園心角皆為T;兩平面體相向的側(cè)邊g′f′和he皆為延長(zhǎng)線通過(guò)園心O的直線;A的外邊g′h′是以半徑為R2的一段園弧，A的另一個(gè)側(cè)邊h′e′為曲線R(θ);B的外邊hg為曲線r(θ)，其中轉(zhuǎn)角θ是以側(cè)邊he和g′f′重合位置為起始點(diǎn)。設(shè)兩平面體的重疊面積函數(shù)S(θ)是分段可微的，并與輸出函數(shù)信號(hào)F(θ)有相同的變化規(guī)律，曲線R(θ)、r(θ)的函數(shù)關(guān)系分別由下面兩式給出r ( θ ) =2 F ′(θ ) + R21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ - T ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、對(duì)下述三個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)表明，其精度易滿足工程要求;無(wú)刷，便于維修;2、傳感器的位置函數(shù)信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮泳€路(如繳分電路)可同時(shí)檢測(cè)速度(或轉(zhuǎn)速)和加速度(或角加速度);3、與電子技術(shù)結(jié)合，可對(duì)信號(hào)進(jìn)行反相、截取、相加組合成所需要的特殊函數(shù)，所以，本發(fā)明具有較多的功能和較大的靈活性。
下面分別介紹本發(fā)明的三個(gè)實(shí)施例。
1、高頻電磁耦合式面積傳感器。
其原理是讓具有一定磁路截面形狀的頻率穩(wěn)定的高頻等幅交變磁場(chǎng)與具有某一形狀的線圈平面交鏈。據(jù)電磁感應(yīng)定律，在繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì)應(yīng)與交鏈面積(兩平面的重疊面積)成正比。
按前述的方法，適當(dāng)?shù)剡x擇交變磁路的截面形狀和線圈的形狀，就可以在線圈獲得所需的特殊函數(shù)的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)。這里需要指出的是，從線圈中獲得的感應(yīng)電勢(shì)信號(hào)是以一等幅高頻磁場(chǎng)為載波的調(diào)幅波。為了獲得測(cè)量或模擬計(jì)算所需要的信號(hào)，應(yīng)將線圈所輸出的調(diào)幅波解調(diào)取出位置信號(hào)。
2、可變電容式面積傳感器。
采用平板可變電容器的兩個(gè)極板作為平面體，因?yàn)椋桨咫娙萜鞯碾娙葜蹬c兩極板的重疊面積成正比，所以它們之間存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，如果外施一恒頻恒壓正弦交流電源于平板電容器的兩端，則通過(guò)電容器的電流幅值Im與重疊面積也存在著一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。這里，電容器的電流也可以認(rèn)為是調(diào)幅電流波，將Ie檢波后可得到與位置對(duì)應(yīng)的信號(hào)電流。顯然，利用公式(1)、(2)，根據(jù)已知函數(shù)F(θ)來(lái)設(shè)計(jì)電容器平板的形狀，就可得到與F(θ)變化規(guī)律相對(duì)應(yīng)的信號(hào)電流。
3、光電式面積傳感器光電平板器在一定光強(qiáng)的光線照射下產(chǎn)生的光電流大小與感光面積成正比，所以，光電平板器件亦可用來(lái)做面積傳感器。此時(shí)，可將光電平板器件，當(dāng)作不動(dòng)板，在一塊與之平行的遮光板上開(kāi)一個(gè)光孔，這個(gè)光孔相當(dāng)于可動(dòng)平面體，當(dāng)光孔與光電平板器件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可改變感光面積(即光孔與光電平板器件的重疊面積)。不言而喻，光電平板器件的感光面的形狀和光孔的形狀若按公式(1)、(2)來(lái)設(shè)計(jì)。就可以獲得以位置為變量的光電流信號(hào)函數(shù)F(θ)。
光電式面積傳感器輸出的光電流信號(hào)是單方向的，不是調(diào)制波，所以它不需檢波、濾波等環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。
權(quán)利要求
1.一種能提供特殊函數(shù)信號(hào)的面積傳感器其特征在于，由一個(gè)發(fā)送裝置、兩個(gè)面積有限的平行平面體(A)、(B)、一個(gè)接收裝置以及電子線路所構(gòu)成；兩個(gè)平面體繞著垂直于平面的同一轉(zhuǎn)軸作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；發(fā)送裝置將兩個(gè)平面體的重疊面積及其變化的信號(hào)傳送給接收裝置，并以電信號(hào)的形式輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個(gè)平行平面體(A)、(B)都局限在半徑為R1、R2的園環(huán)內(nèi)，它們的內(nèi)邊在同一園周上，且弧長(zhǎng)相等;平面(A)、(B)相對(duì)的兩個(gè)側(cè)邊(g′f′)、(he)皆為直線，延長(zhǎng)線都通過(guò)園心O;平面體(A)的外邊為半徑為R2的園弧(g′h′)，(A)的另一側(cè)邊h′e′為曲線R(θ);平面體(B)的外邊為曲線r(θ);當(dāng)傳感器輸出的信號(hào)函數(shù)F(θ)給定時(shí)，兩條曲線函數(shù)分別為r ( θ ) =2 F ′(θ ) + F21]]>0≤θ≤T -(1)R (θ ) =R21- 2F ′(θ)]]>T≤θ≤2T -(2)式中F(θ)為分段可微，對(duì)θ為單值的函數(shù);T為兩平面體內(nèi)邊的張角;θ為轉(zhuǎn)角，以兩平面體相對(duì)的側(cè)邊(g′f′)、(he)重合時(shí)為起始點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個(gè)平面體(A)、(B)分別為高頻等幅交變磁場(chǎng)的磁路截面和線圈所圍的平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩個(gè)平面體(A)、(B)為可變平板電容器的兩個(gè)極板。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1、2所述的傳感器，其特征在于，所述的兩平面體(A)、(B)分別為遮光板的光孔和平板光電器件。
專利摘要
本發(fā)明屬于一種測(cè)量物體的角位移或線位移的新式檢測(cè)裝置。本發(fā)明的原理是利用兩個(gè)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平面體的重疊面積的信號(hào)作為物體的位置函數(shù)信號(hào)。能夠根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)輸出函數(shù)信號(hào)的要求，設(shè)計(jì)平面體的形狀是本發(fā)明的另一個(gè)重要特征。本發(fā)明克服了現(xiàn)有傳感器不能輸出特殊位置函數(shù)信號(hào)的缺陷；與特殊函數(shù)的旋轉(zhuǎn)變壓器相比，又具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度較高、成本低廉、有較多功能和較大的靈活性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01P3/42GK87100633SQ87100633
公開(kāi)日1988年8月17日 申請(qǐng)日期1987年2月5日
發(fā)明者吳漢光, 林孝義 申請(qǐng)人:福州大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan